9. Способы доступа к ресурсам последовательной магистрали.

В зависимости от допустимого числа ведущих устройств классифицируются методы доступа к ресурсам магистрали:

• если ведущее устройство одно, то используется метод Master-Slave (ресурсами магистрали управляет одно ведущее устройство);

Пример: USB, ModBus и т.д.

• при наличии нескольких ведущих устройств могут использоваться централизованный или децентрализованный арбитраж.

Примером централизованного арбитража может служить интерфейс SPI. Схема арбитража используется такая же, как и в параллельных интерфейсах.

Наибольшее распространение получил децентрализованный арбитраж, т.к. он обладает большей надёжностью и требует меньше аппаратных средств.

Случайные методы доступа с обнаружением несущей обозначаются CSMD/SD.

Используются в Ethernet и других интерфейсах. Все устройства подключенные к магистрали прослушивают шину, и если она свободна, то пытаются её занять. Если одновременно обратилось несколько устройств, они отключаются от шины, и включается генератор случайных чисел, после чего процедура арбитража повторяется до тех пор, пока не останется одно устройство. При большом числе ведущих устройств такой алгоритм может вызвать «зависание» последовательного интерфейса.

К недостаткам этого метода относится также разделение процедуры арбитража и адресации ведомого устройства.

Лучшими характеристиками обладает метод CSMD/CA, в котором процедура арбитража и адресации происходят одновременно.

Примером такого арбитража могут быть интерфейсы I2C, CanBus и т.д.

В этих интерфейсах могут использоваться линии с открытым коллектором (стоком).

Активным является уровень «0». В процессе арбитража, если шина свободна, ведущее устройство побитно выставляет на линию данных свой идентификационный номер, контролируя при этом значение передаваемого бита и значение линии данных. Арбитраж выигрывает тот модуль, идентификатор которого меньше по значению. Код все «0», как правило, используется для сброса или микровещательной передачи. При таком арбитраже «зависание» линии исключено, т.к. по завершению контроля после идентификатора в арбитраже участвует остальные поля кадра или фрейма. По завершению цикла арбитража (и адресации) начинается процесс обмена информацией.

Маркерный способ. Этот способ используется в тех случаях, когда необходимо равномерное детерминированное распределение ресурсов интерфейсов (см. рис. 16).

В маркерном методе управление шиной передаётся либо равномерно по очереди, либо с приоритетом какого-либо модуля.

10. Сервисные функции:

• автоконфигурации;

• горячее подключение;

• возможность отключения неработающего устройства и т.д.

Рисунок 16 – Маркерный метод арбитража.

11. Пропускная способность.

Необходимо различать пиковую пропускную способность, которая присутствует во всех интерфейсах и эффективную.

Эффективная скорость оценивается соотношением между длиной полем данных и общей длиной кадра. В некоторых интерфейсах используются кадры длина которых проблемно ориентирована (асинхронные обмены, синхронные).

Наиболее эффективной характеристикой интерфейсов является цена пропускной способности.

ИНТЕРФЕЙСЫ RS 232.

Топология «точка-точка».

Режим передачи симплексный дуплексный.

Режим обмена асинхронный и синхронный (в РЭВМ отсутствует).

Синхронизация покадровая. Обеспечивается стартовым и стоповым битами, побитовая синхронизация обеспечивается стабильностью частоты генераторов на приёмных и передающих концах.

Метод кодирования – NRZ. Уровень «0» - (3-12) вольт. Уровень «1» - (3-12) вольт. В общем случае максимальный уровень меньше или равен 25 вольтам.

Формат кадра: стартовый бит – (5-8) бит символ, не обязателен бит паритета, 1, 1.5 или 2 стоповых бита.

Скорость передачи 15 метров - 20кб/с, 1,5 км – 110 б/с.

Разъёмы двадцатипятиконтактные, девятиконтактные, в некоторых разработках используются разъёмы MiniDIW, через которые передаются дифференциальные сигналы.

В ПЭВМ используются 9 линий. Особенностью линий интерфейса является отсутствие линий питания – этот недостаток может быть устранён, использованием свободных выходных линий, ток короткого замыкания которых составляет величину порядка 20-30 млА.

При проектировании нестандартных устройств следует помнить, что линии интерфейса можно использовать не по прямому назначению, реализую на их основе эмуляторы. Например, I2C, SPI.

При работе с RS-232 могут использоваться программный или аппаратный протокол обмена. Аппаратный протокол обмена использует свойство входного сигнала , устанавливает линию TxD в высокоуровневое состояние. Работу протокола иллюстрирует рисунок 17.

Рисунок 17. - Аппаратное управление потоком

- это единственная линия, управление которой выполняется аппаратно. Остальные линии устанавливаются и анализируются программно. В аппаратном управлении обмена приёмное устройство может управлять скоростью передачи, устанавливая на входе CTS соответствующие уровни.

В задачах автоматизации, главным образом, используется нуль - модульный режим, при котором устройство участвующее в обмене устанавливает связь без использования модема.

При программном обмене взаимодействие между приёмником и передатчиком осуществляется с использованием входов:

x OFF (13h)

x ON (11h).

При программном обмене, если приёмник не успевает обрабатывать входные данные, то по передатчику передаётся код 13h. При возобновлении обмена передатчик получает код 11h. Используемый метод применяется для передачи ISCII кода. В целях упрощения протокола обмена и повышения скорости обмена, при передачи двоично-десятичных данных в упакованном виде, в качестве начала и конца обмена можно использовать символ от А до Д. При организации обмена в двоичном коде очевидно можно использовать битстаффинг и символ 01111110.

Структура устройства сопряжения RS-232 с периферийными устройствами приведена на рисунке 18.

В зависимости от особенности интерфейса необходимо обратить внимание на уровни сигнала и форматы кадра. Большинство поддерживают структуру кадра RS-232, и поэтому согласование устройств заключается только в согласовании уровня, особенно это касается промышленных интерфейсов (Feelbus). Для согласования разработан целый комплекс схем, обеспечивающих преобразование уровней RS-232 в ТТЛ или в другие уровни.

Рисунок 18. - Принцип организации взаимодействия с RS-232

К числу наиболее распространённых относятся преобразователи формы max 232, Max 3232, ADM, ADM 3202 и т. д. При выборе этих схем предпочтение следует отдавать схемам с питанием (3,3 - 5)В.

При работе на длинной линии широко используется оптоволоконная изоляция, с целью исключения влияния «земляного» провода.

Оптоэлектронная развязка имеет вид, представленный на рисунке 19.

Рисунок 19 – Оптоэлектронная развязка.

Аптронные пары представляют собой излучающий диод или транзистор, в качестве приёмника могут использовать разнообразные элементы: транзисторы, диоды, триггеры, логические схемы.

Характеристики аптронных пар:

• количество пар в одном корпусе;

• напряжение изоляции (киловольт);

• входной ток, который следует ограничивать резистором R;

• тип выхода (открытый коллектор и т.д.);

• время реакции на скачок напряжения или максимальная скорость передачи информации;

Основной недостаток RS-232 – соединение «точка-точка», относительная низкая скорость и отсутствие линии питания в интерфейсе, потенциальные уровни напряжения.

Одним из способов увеличения количества присоединенных источников к RS-232 является присоединение «токовой петли» - рисунок 20.

Использование «токовой петли» при прочих равных условиях увеличивает длину линии связи, и позволяет последовательно включать несколько приёмников информации.

Наиболее кардинальным решением является использование преобразователя RS-232 и RS-485.

RS – 485.

Является наиболее широко используемым интерфейсом физического уровня, топологи, в основном, шина.

Направление обмена полудуплексное.

Возможна организация дуплексного обмена с использованием двух магистралей RS-485.

Метод кодирования, в основном, NRZ.

Вид сигнала- дифференциальный – уровень (100-200) мВ.

Количество источников приёмников 32/32, в некоторых применениях число ведомых устройств может быть до 255 – это обусловлено максимальной мощностью ведущего устройства и входными токами ведомых устройств.

На базе RS-485 может быть построена многопроцессорная система, например, с использованием маркерного доступа, как это делается в интерфейсе Profibus.

Используемые линии связи – витая пара или экранированная витая пара.

Скорость – 10 Мбит/с на 12 метров; 100 Мбит/с на 1200 метров. Т.к. протоколы интерфейсов не оговариваются, то их применение определяется особенностями того интерфейса, в которых RS-485 используется.

Наиболее часто используется передача в виде АSCII кодов. Недостатком АSCII символов является: относительно низкая скорость передачи сообщения и необходимость преобразования ISCII символов в двоичные и наоборот.

В тех случаях, когда используются более высокие скорости, то применяются двоичные форматы обмена с одиннадцатибитовым кадром. Одиннадцатый бит указывает на тип передаваемой информации – команда или данные.

При работе с длинными линиями RS-485 необходимо использовать терминаторы на конце линии (сопротивление- величина которого равна волновому сопротивлению линии), защитные сопротивления, дренажный провод.

Электронная промышленность выпускает большую номенклатуру преобразователей RS-485 и другие интерфейсы- I2C? SFI? USB? RS-232 и т.д.

В настоящее время наблюдается тенденция на переход к беспроводным интерфейсам. К ним относятся:

• радиоинтерфейсы;

• инфракрасные порты или интерфейсы.

Первыми беспроводными интерфейсами были инфракрасные (IrDA). К недостаткам этого интерфейса относят:

• соединение «точка-точка» - невозможность построение сетей;

• ограниченный конус действия излучения;

• устройства должны находиться в зоне прямой видимости;

• относительные низкие скорости (влияние внешних источников светового излучения).

Лучшими характеристиками обладают радиоинтерфейсы, особенностью которых является работа с источниками за пределами прямой видимости, большой радиус действия (от 10 до 300 и более метров), более высокая скорость обмена, возможность построения сетевых структур.

К недостаткам следует отнести электромагнитное излучение и возможность декодирования информации, передаваемой по сети.

Радиоинтерфейсы можно разделить на две группы:

1. относительно маломощные интерфейсы с огромным радиусом действия и пониженными скоростями обмена (Bluetooth, Wireless, USB).

Программное обеспечение этих интерфейсов доступно и позволяет работать с этими интерфейсами, как с виртуальным компортом. Выпускаются также ОМК с встроенными портами этих интерфейсов.

2. Wi-Fi, AirPort (скорости до 320 Мбит/с и выше), которые служат элементной базой замены сетевых интерфейсов типа Ethearnet.

Под понятием Wi-Fi подразумевается группы интерфейсов, отличающиеся протоколом IEEE 802.xx.

Все радиоинтерфейсы работают на частоте примерно 2,4 ГГц, частота которых не требует лицензирования.

USB

Появление USB было связано с отсутствием внешних интерфейсов, обеспечивающих большое число подсоединяемых устройств (COM, LPT), ограничение количество слотов внутренних интерфейсов ISA и PCI и сложность их реконфигурации, устранение большой номенклатуры внешних интерфейсов.

К достоинствам USB относят:

• лёгкая реконфигурация/внешний интерфейс (реализация принципа автоконфигурации и горячего подключения);

• наличие линии питания;

• обеспечение высокоскоростных протоколов обмена;

• большое количество подключаемых устройств (до 127);

• большая достоверность предаваемой информации (CRC, битстаффинг, код Хемминга).

Интерфейс работает на трёх скоростях:

1. LS – 1,5 Мбит/с;

2. FS – 12 Мбит/с;

3. HS – 480 Мбит/с.

Топология – многоярусная звезда или дерево до пяти уровней.

Допустимая длина до 25 метров (пять метров на один сегмент).

Состав линии:

• дифференциальные линии данных;

• линия питания (5В до 500 мА);

• земля.

Направление передачи –полудуплексное. Среда передачи – витая пара или экранированная витая пара. Электрические сигналы смешанного типа. Данные передаются с помощью дифференциального сигнала 200 мВ.

Пассивное состояние линии от (1,3 - 2) В.

Сигналы управления и состояния передаются с помощью потенциальных (линейных) сигналов: низкоскоростное, высокоскоростное устройство, формирование начала и конца пакета и т.д.

Интерфейс синхронный, начало и конец пакета формируется аппаратно (SOP, ЕОP), а частота определяется полем синхронизации, которая передается в начале кадра (последовательность из «0» и «1»).

Используется метод кодирования NRZI.

Метод доступа – централизованный программный.

Единственное устройство, которое контролирует процесс обмена по магистрали – host контроллер, который находится на магистрали PCI или в чипсете, и посылает определённой временной диаграммой соответствующие команды и проводит анализ соответствующих HSB устройств.

USB устройства только отвечают на команды и не могут передавать информацию друг друга, миную host контроль.

Дополнения к стандарту USB 2.0 в некоторой степени устраняют этот недостаток, позволяют соединять USB сканер с USB понтером, минуя компьютер.

Устройства подключаемые к USB разделяются на три типа:

• hosthub – центральный контроллер, который может быть интегрирован в чипсет или установлен в PCI. Для организации взаимодействия с процессором ему выделяется вектор прерываний – IRQ10. Он выполняет все основные функции по передачи содержимого и управление информацией:

  1. обнаружение подключение и удаление устройств;

  2. управление потоками данных и управление информацией;

  3. конфигурирование, включая и изменение адресов;

  4. сбор статистики о состоянии и активности устройств;

  5. обеспечение питанием ограниченной мощности устройств.

• hub (концентратор) – устройство расширение USB, имеющее один восходящий порт и до 3 нисходящих. Hub’ы обычно выполняются на базе ОМК. Например, Intel8x930Hx, состоящий из MCS-25 с резидентной памятью до 16КБ, внешнее адресное пространство до 256КБ. Контроллер реализует следующие функции:

  1. генерирование и декодирование пакетов;

  2. вычисление и проверка контроллера CRC;

  3. приём/передача последовательных данных с использованием четырёх очередей FIFO, настраиваемых на приём, и столько же на передачу. Три очереди 16-байтные, одна – настраиваемая (до 1024 байт).

  4. Управление соединением;

  5. Управление питанием с установкой ограничения на ток для нисходящего порта;

  6. Обнаружение и восстановление сбоев шины;

  7. Поддержка принципа p&p и «горячего» подключения.

Реализация функций обеспечивается архитектурой контроллера, в состав которого входит три 16-разрядных счётчика/таймера, сторожевой таймер, 5 модулей захвата/хранения, 1КБ оперативной памяти, регистровый файл (40 байт), до 16КБ резидентного ПЗУ, внешнее адресное пространство до 256 КБ.

• функция (функциональное устройство, функциональный блок) – устройство, способное передавать или принимать управляющую информацию и данные. Функция обычно выполняется как отдельное ПУ с кабелем, который подключается к порту концентратора. Каждая функция содержит информацию о конфигурации, которая описывает её параметры и требования к ресурсам. Прежде чем воспользоваться устройством функцией, его необходимо сконфигурировать.

Возможно сочетание функций и hub’а.

Всем устройствам USB присвоен уникальный адрес и адрес конечных точек. Каждое устройство USB может имееть до 16 конечных точек. Конечная точка – это виртуальный порт для управления функцией. Связь с устройством USB возможна только через одну или несколько конечных точек. Каждая конечная точка создаётся во время разработки и имеет свой уникальный номер. Все устройства должны поддерживать конечную точку ноль, через которую производится управление и конфигурирование USB- устройств. Нулевая конечная точка всегда конфигурируется автоматически при подключении устройства к USB. Остальные конечные точки находятся до конфигурирования в неопределённом состоянии. Для обращения к конкретной точке необходимо указать адрес устройства и адрес конечной точки. Каждая конечная точка характеризуется: своим номером, требованиями к частоте доступа, времени отклика USB, пропускной способности, особенности реакции при обнаружении ошибок, типом передачи, максимальным размером пакета, направлением передачи (для блочных и изохронных передач).

Протоколы передачи:

• Изохронные передачи: реальный масштаб времени, фиксированное количество данных передаётся за равный интервалы времени с фиксированной скоростью. Достоверность данных не гарантируется, т.к. нет времени для повторной передачи. Изохронные передачи занимают выделенную часть пропускной способности шины. Размер поля данных (1-1023) байта (длина поля данных кратна степени двойки). Минимальная пропускная способность – 150 Кб/с, максимальная – 1Мб/с. Работает только на 12Мб/с.

• Сплошные передачи. Для обмена большими массивами, которые могут использовать любую доступную пропускную способность и могут быть задержаны. Надёжный обмен данными обеспечивается на аппаратном уровне с использованием обнаружения ошибок и автоматической повторной пересылкой, но ограниченное число раз. Поле данных (1 - 64) байта. Минимальная пропускная способность 100Мб/с, максимальная 1,2Мб/с. Работает только на 12 Мб/с.

• Передачи типа прерывания используются для связи с устройствами, которые имеют умеренные требования по скорости передачи. Эти передачи происходят не регулярно, но если есть необходимость в этой передачи, то данные должны быть переданы с требуемой скоростью (но не меньше). Данные прерываний обычно состоят из сообщений о произошедшем событии, символов или координат из устройства управления. Host периодически через фиксированные промежутки времени опрашивает устройства, чтобы определить есть ли в них требуемые данные, а затем их немедленно вводят (мышь, клавиатура, джойстик и т.д.). При работе на 1,5Мб/с размер поля данных (1 – 8) байт, при этом минимальная пропускная способность 13Кб/с, а максимальная 64Кб/с. При работе на 12Мб/с размер поля данных (1 - 64) байта, при этом минимальная пропускная способность 107Кб/с, а максимальная 1,2Мб/с.

• Передача типа управление – пакетная, непериодическая передача управляющей информации. Host использует эти передачи в режиме запрос-ответ для инициализации, настройки конфигурации и получение информации о статусе устройства. При работе на 12Мб/с размер поля данных (1 - 64) байта, при этом минимальная пропускная способность 32Кб/с, а максимальная 830Кб/с. При работе на 1,5Мб/с размер поля данных (1 - 8) байт, при этом минимальная пропускная способность 3Кб/с, а максимальная 24Кб/с.

Каждый тип передачи определяет различные характеристики потока связи: формат кадра, направление передачи, ограничение на размер пакета, время доступа к шине, требуемая последовательность пакетов.

Обмен данными выполняется кадрами или фреймами. Для USB 1.0 длительность кадра 1мс, для USB 2.0 – 125мкс. Формирование кадра выполняется операционной системой следующим образом:

на стадии конфигурации определяются особенности устройств, участвующих в обмене и планируется структура кадра: наивысший приоритет имеют изохронные передачи, после их обработки планируется обслуживание передач типа прерывание, затем сплошные передачи. По истечению 90% времени кадра переходят к обслуживанию передач управления.

В каждом кадре обязательно должно резервироваться время на прерывание и управление.

Протокол обмена представлен на рис.21.

Рисунок 21 – Протокол обмена.

Каждый кадр начинается с маркера SOF, который является синхронизирующим для всех устройств.

Рисунок 22 – Формат SOF.

В поле номера кадра предаётся 11 младших разрядов 32-разрядного счётчика, находящегося в host’е.

В конце каждого кадра выделяется интервал времени EOF, на время которого hab’ы запрещают передачу по направлению к hostконтроллеру. В этот момент происходит планирование следующего кадра. Информацию для планирования host получает во время передачи управления.

Все транзакции USB состоят из трёх пакетов, каждый из которых начинается по инициативе ЭВМ (host-контроллера): пакет маркер, пакет данных, пакет подтверждения.

Маркер списывает тип и направление передачи, адрес устройства и номер конечной точки.

В начале пакета аппаратно формируется сигнал SOP, который одновременно является первым битом поля синхронизации, после этого формируется поле синхронизации, идентификатор пакета PID и т.д.

Поле синхронизации состоит из последовательных нулей и единиц.

Поле PID состоит из четырёх битового поля типа пакета, за которым следует четырёх битовое поле контроля (инверсия первых четырёх разрядов). В поле PID кодируются тип операции, выполняемой маркером: вывод (OUT), ввод (IN), начало кадра и номер кадра (SOF) данные (DATA0 и DATA1), передача функций конфигураций (SETUP), результаты квитирования (ACK- без сбоев, NAK – сбой, STALL - задержка).

Таблица 14. Форматы пакетов

Тип PID	Имя PID	PID[3:0]	Содержимое и назначение
Token	OUT	0001	Адрес функции и номер конечной точки – маркер транзакции функции
Token	IN	1001	Адрес функции и номер конечной точки – маркер транзакции хоста
Token	SOF	0101	Маркер начала кадра
Token	SETUP	1101	Адрес функции и номер конечной точки – маркер транзакции с управляющей точкой
Data	DataO DataI	0011 1011	Пакеты данных с четным и нечетным PID чередуются для точной идентификации подтверждений
Handshake	Ack	0100	Подтверждение безошибочного приема пакета
Handshake	NAK	1010	Приемник не сумел принять или передатчик не сумел передать данные. Может использоваться для управления потоком данных (неготовность). В транзакциях прерываний является признаком отсутствия необслуженных прерываний
Handshake	STALL	1110	Конечная точка требует вмешательства хоста

Рисунок 23. - Формат пакета маркера

PID - идентификатор пакета

PID* -инверсное значение PID

AУ - адрес устройства

HKT -номер конечной точки

Рисунок 24. - Формат пакета данных

Рисунок 25. - Формат пакета квитирования

Пакет квитирования отсутствует при изохронных передачах.

Host организует обмен с устройствами в соответствии с распределением ресурсов, которые формируются после конфигурации устройств. Контроллер циклически формирует кадры, в которые укладываются все запланированные транзакции. Каждый кадр начинается с посылки маркера SOF, который является синхронизирующим для всех устройств.

Если необходимо передать данные, то последовательность пакетов представлена на рисунке 26.

Рисунок 26– Последовательность пакетов.

После приёма маркера, устройство готовиться к приёму данных, приняв данные, оно посылает пакет квитирования. ACK говорит о сбое. После чего делается трёхкратная коньетка передачи.

Аналогична реакция на некорректное CRC. Если пришёл пакет NAK, то это не означает ошибки, а требуется цикл ожидания host’а.

Формирование STALL указывает, что функция не способна передавать или получать данные и она находиться в состоянии останова, что требует вмешательства host’а. Смотрите рисунок 27

Рисунок 27– Принцип обмена данными USB.

Для обеспечения нормального функционирования устройства, подключаемые к USB, должны иметь внутренние буферы, имеющие возможность накопления информации в течение времени более 1 мс.

USB – полностью контролируемая host’ом шина. В USB может быть только один master. Дополнение к стандарту USB 2.0 разрешило и периферийным устройствам выполнять функции мастера. Соединить USB – сканер с USB – принтером, миную компьютер.

Host, в соответствии с определённой временной диаграммой, посылает USB – устройству пакет маркер. Устройства только отвечают на запросы host’а и не могут передавать информацию друг другу. После системного сброса, длительностью 10 мс, USB – контроллер имеет адрес 000 и host должен определить новый адрес устройств.

Процесс реконфигурации начинается при приёме маркера SETUP, поступающего в нулевую конечную точку. Маркер обычно содержит код команды, которую должно выполнить USB – устройство. Если это команда «установить адрес», то устройство принимает следующий пакет, который содержит новый адрес.

При подключении устройств информация об этом поступает в hab. Hab информирует об этом host. Host посылает запрос hab’у, чтобы выяснить причину уведомления. Hab отвечает, указывая номер используемого порта, к которому присоединено устройство. Host посылает запрос на нулевую конечную точку, устройство посылает байты идентификации, host назначает ему адрес, а затем получает информацию о всех каналах.

Когда USB – устройство отключается от порта, hab сообщает host’у об отключении.

Если удалённое устройство – функция, то уведомление посылается программному обеспечению host’а, которое удаляет информацию данного устройства из всех структур данных. Если же удалённое устройство – hab, процесс удаления должен быть выполнен для всех устройств, подключенных к концентратору.

После любого изменения топологии производится реконфигурация шины USB, которая начинается сигналом сброс.

Рисунок 28- Пример подключения устройств USB

USB кабели соединены разъёмами двух несовместимых типов: А – применяется для подключения к hab’ам. Они устанавливаются на кабелях, не отсоединяемых от устройств (клавиатура, мышь и т.д.). Ответная часть к ним устанавливается на нисходящих портах hab’ов.

Разъём типа В устанавливается на устройствах, от которых кабель может отсоединяться (принтер, сканер и т.д.). Его ответная часть устанавливается на соединительном кабеле, противоположный конец которого имеет разъём типа А.

Разъёмы различаются механически, что исключает неправильное соединение, и рассчитаны на горячее подключение (штыри метания удлинены по сравнению с сигнальными).

Синхронизация. Покадровая синхронизация обеспечивается переходом из состояния ожидания в состояние дифференциального нуля (сигнал SOP), формируемый аппаратно (начало пакета). После начала пакета следует поле синхронизации, позволяющее устройствам согласовать требуемую скорость передач. Поле представляет последовательность нулей или единиц. Это может быть последовательность нулей закодированных NRZI. Вообще, NRZI может быть для нулей (как я рассказывал) и для единиц (Куприянов).

Это поле обеспечивает побитную синхронизацию. Кадр заканчивается импульсами конца пакета (EOP). Они представляют собой два бита, уровень которых фиксирован на определённом уровне (0,8 - 2) В, ниже уровня D+, D-. Дополнительная синхронизация обеспечивается применением битстаффинга (при передачи единицы).

Линия связи. Линия связи четырёх проводная ( две линии D+, D-) земля и питание +5В.

Сигналы – дифференциальные. Пассивный сигнал в диапазоне (1,3 - 2)В, изменение D+, D- (-200)мВ.

При передаче информации не ограничиваются лишь дифференциальными сигналами. Каждое устройство имеет кроме дифференциальных приёмников и линейные приёмники, а передатчики этих линий управляются индивидуально. Комбинацию линейных и дифференциальных сигналов определяет следующие состояния: состояние передаваемого бита (D+, D-), пауза (состояние ожидания), сигнал пробуждения, начало пакета (SOP), конец пакета (EOP), состояние вкл/вкл, сброс устройства.

Модули USB делятся на модули, имеющие возможность питать другие устройства (powered hub) и не содержащие линии питания (unpowered hub). Модули делятся на модули малого потребления (до 100мА) и модули большого потребления (500мА). В последнем случае необходимо запросить ресурс питания у host hub’а. Если host определяет, что в настоящее время шина загружена по питанию, то устройство не может переключаться в режим большого потребления и должно остаться в конфигурации малого потребления.

Для подключения к USB разработано множество устройств: ОМК с встроенными портами USB (Atmel, Motorola, Intel, Microchip), универсальные устройства, рассчитанные на взаимодействие с параллельными и последовательными интерфейсами, специализированные (рассчитанные на один из интерфейсов), коммуникационные контроллеры, являющиеся интеллектуальными мостами (шлюзами) для взаимодействия с различными последовательными интерфейсами (до 5 - 7).

Наиболее часто подобные устройства выполняются в виде функций. Имеются разработки hab’ов. Обобщённая структура универсального устройства представлена на рисунке 29

Рисунок 29– Обобщённая структура универсального устройства.

К этому классу, например, относится USBN9603/9604.

Основные особенности:

1. Интегрированный приёмопровод USB;

2. частота - 24МГц с внутренней схемой удвоения;

3. программируемый генератор;

4. шесть конечных точек с FIFO –буферами по 64 байта каждый;

5. 8-разрядный параллельный интерфейс с двумя режимами выбора: мультиплексированная и не мультиплексированная шина ШАД и ШД.

6. поддержка ПДП и прерывания;

7. Последовательный интерфейс MicroWire/Plus (типа SPI, синхронный, последовательный вход, последовательный выход).

К недостатку можно отнести: сложное управление (около 50 регистров). Лучшими характеристиками обладают специальные устройства, у которых большая часть функций реализована аппаратно. К этому классу можно отнести микросхемы английской компании FIDI, которая выпускает многофункциональные устройства RS232 (RS485)↔USB (скорость до 2Мбит/с)→FT8U232AM и FT8U245AM, имеющая выход на 8-разрядный параллельный интерфейс (скорость до 8 Мбит/с). Естественно, для работы им необходимы программные драйверы.

В качестве примера коммуникационного контролера можно привести MPC 823, имеющий 7 каналов ввода/вывода, включая USB порт. USB порт может работать в режиме функции, в режиме host’а или в обоих режимах сразу. Контроллер поддерживает работу с четырьмя конечными точками, каждая из которых может работать в одном из четырёх режимах передач. За каждой конечной точкой закреплён 18-байтный буфер FIFO. Максимальная скорость передачи данных – 35 Мбит/с.

При выборе согласующих устройств необходимо контролировать: количество конечных точек, их характеристики, размеры буферов FIFO, используемых пакетов, возможность работы в режиме hab’а, функций или host’а, скорость обмена, наличие встроенного буфера приёмопередатчика, наличие источника питания и его характеристики, наличие инструментальных средств для программирования и отладки, стоимость.